Fisiologia - fenomeni elettrici che interessano la cellula

Composizione ionica intracellulare ed extracellulare

CATIONI

	Intracellulare	Extracellulare
Na+	167	154
K+	12	145
Altri	5

ANIONI

	Intracellulare	Extracellulare
Cl-	167	1544
HCO3-	8	27-
A-	155
Altri	7
H+	13·10	3,8·10+

pH

	Intracellulare	Extracellulare
pH	6,9	7,4

Quasi tutte le cellule posseggono un voltaggio (differenza di potenziale elettrico) attraverso la membrana plasmatica, che è negativo nella parte citosolica in paragone alla parte del versante extracellulare. I valori assoluti possono essere differenti ma i valori tipici relativi alla differenza di potenziale tra le due parti per le cellule non eccitabili o eccitabili "a riposo" sono nell'intervallo tra -60 e -90 mV. Alcuni tipi cellulari hanno un valore più basso come i globuli rossi.

Come nasce il potenziale di membrana?

CELLULA

	LIQUIDO INTRACELLULARE	LIQUIDO EXTRACELLULARE
K+	All' interno accumulo di cariche dovute alla permanenza di K+	All' esterno accumulo di cariche dovute all'uscita di K+ per gradiente di concentrazione
A-

Si crea così un GRADIENTE ELETTRICO (INTERNO

• ESTERNO +) che si oppone all'uscita di K* (E)
• Esiste un POTENZIALE DI EQUILIBRIO per il quale il gradiente elettrico fa equilibrio al gradiente chimico. In quel momento il flusso di K che esce dalle cellule uguaglia quello che vi entra. Il suo valore si ricava dalla Equazione di Nernst: E = - RT/zF ln [K int]/[K est] kmV = -60 Log 140/4 = -60 x log 35 = -90
• In una cellula nervosa: E = -90 mV
• Ma il potenziale di membrana è pari a -70 mV
• IONI SONO COINVOLTI
• ALTRETTENDE AD USCIRE PER RAGGIUNGERE Ko + IL SUO POTENZIALE DI EQUILIBRIO
• Potenziale di riposo del sodio: Il fluido corporeo extracellulare ha 140 mmol di Na mentre quello intracellulare circa 4 mmol. Equazione di Nernst: mV = 60 ln 14/140 = 60 x ln 0.1 = 60 mV
• Potenziali di membrana da diffusione: L'equazione di Nernst definisce il rapporto tra potenziale e differenza di concentrazione. Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz: membrana permeabile a vari ioni En segno di carica di ogni specie ionica o permeabilità della membrana (P) per

ognispecie ionicap conc. delle singole specie ioniche all'int. e all'est.
Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz
Considerazioni:
K, Na, Cl sono gli ioni maggiormente coinvolti
1) Na+ nella genesi dei potenziali di membrana: il loro gradiente di concentrazione concorre a determinare il voltaggio
2) Carica ionica: se uno ione positivo si muove verso l'esterno (per gradiente di concentrazione) si crea elettronegatività all'interno (gli anioni proteici carichi negativamente non possono uscire)
Differenza di potenziale: variazione transitoria del potenziale di membrana
A- situazione in equilibrio
B- gli ioni K escono dalla cellula seguendo il proprio gradiente di concentrazione
C- rientro dei K per attrazione elettrica
D- quando i due flussi sono all'equilibrio il potenziale di membrana corrisponde al potenziale di equilibrio per K
MEMBRANA=CONDENSATORE
Le cariche positive e negative rimangono perfettamente in equilibrio tranne che a ridosso della membrana cellulare.genererebbero forti potenziali elettrici, mentre mantenere il potenziale di membrana deve essere trasferito attraverso un numero piccolissimo di ioni (1/5000000 - 1/100000000). Basta creare la coppia di dipoli a cavallo di membrana per cambiare il potenziale; devono muoversi pochissimi ioni per eccitabilità e modifica transitoria delle proprietà della membrana (permeabilità ionica e potenziale transmembranario) in seguito all'azione di uno stimolo. È un fenomeno molto rilevante nelle cellule e nelle fibre nervose, ma anche nelle cellule muscolari. Il neurone è costituito da dendriti, terminali, soma, cellule di Schwann, nodo di Ranvier, assone e guaina mielinica. Il potenziale d'azione nelle cellule nervose è caratterizzato da segnali nervosi che si trasmettono mediante potenziali d'azione rapidi, ovvero variazioni del potenziale di membrana. Inizia con una rapidissima variazione del potenziale di membrana che passa dal valore negativo al valore positivo e termina con una variazione quasi altrettanto.

Rapida cheripristina il potenziale negativo. Il potenziale d'azione si propaga lungo la fibra nervosa fino alla sua estremità, canale Na+ conducendo così il segnale nervoso. Canale K+ Pompa Na+/K+ Funzionamento dei canali Na e K voltaggio-dipendenti:

1. A- canale chiuso
2. B- canale aperto per modifica di potenziale
3. C- dopo un certo tempo si chiude il canale: L'apertura del canale al K+

1. è esclusivamente legata al voltaggio

2. è più lenta rispetto al canale Na+

Il potenziale di azione: